为满足高精度线阵CCD二维自准直仪动态高精度测量, 提出一种基于高斯滤波的二维自准直仪目标中心的精确定位算法。首先采用高斯滤波对CCD图像进行平滑处理, 在抑制噪声的同时生成带有高斯加权的CCD图像, 然后采用线性插值重心法对加权图像进行目标中心亚像素定位。实验结果表明, 该定位方法稳定性好, 定位精度高且实时性强, 在原理样机上, 应用该方法实现了单次二维角度测量时间小于0.2 s, 测量范围±900″, 精度优于±0.5″, 具备一定工程应用价值。

系统参数标定是结构光三维测量系统的关键问题之一，标定板特征圆圆心检测精度与投影仪、相机镜头gamma效应引起的相位误差是系统参数标定的主要误差来源。采用Sobel算子粗定位标定板特征圆的边缘点，以正交傅里叶-马林矩(OFMM)算子对边缘点进行亚像素定位，用椭圆拟合法确定特征圆圆心的方法提高标定板特征圆检测精度。同时，推导结构光三维测量系统gamma非线性数学模型，将计算得到的系统gamma值的倒数作为投影正弦光栅的指数以降低gamma效应引起的相位误差。实验结果证明了该方法的准确性，与不采用亚像素边缘检测与gamma校正相比，X、Y方向的标定精度分别提高约3.5倍与5倍。

成像光斑中心精确定位是光栅衍射型超广角激光告警系统具有高定向准确度和高波长分辨能力的基础.本文分析了光栅衍射型超广角激光告警系统成像光斑特点.针对随激光入射角增大，系统成像光斑畸变为强度近似高斯分布倾斜光斑的问题，提出一种改进型高斯拟合法计算光斑中心，通过仿真模拟和实验测试研究了新方法的定位性能.模拟结果表明，高斯噪音标准差为0.01情况下，光斑长轴与x轴夹角由0°逐渐增大为90°过程中，本文方法的定位误差平均值小于0.005像素，误差标准差小于0.02像素.实验测试表明，实验图像经帧相减和高斯平滑滤波预处理后，光斑长轴与坐标轴方向一致时，本文方法与高斯拟合法的定位结果非常接近，明显优于灰度重心法.光斑倾斜时，本文方法求得的激光入射方向角的误差均值和标准差明显小于灰度重心法和普通高斯拟法.

基于图像处理技术, 采用嵌入式机器视觉处理系统, 设计了一种用于继电器触点间距的智能检测装置和方法。在硬件方面, 以Cortex-A8处理器为中心, 将控制、处理与测量于一体, 并采用红外光源作为照明系统, 抑制金属触点的光发射; 在算法方面, 以继电器触头静触片的接触点图像区域为特征图像, 并采用多分辨率金字塔分层匹配技术, 实现对检测对象的准确识别和定位, 同时根据继电器内部组件位置的对应关系, 确定继电器触点边缘检测区; 在检测区内, 先采用像素级的边缘检测算法确定两接触点边缘后, 再利用亚像素边缘检测技术, 实现边缘的精确定位, 并检测出继电器触点间的最短距离。本文所提出的方法对继电器质量检测和性能评估具有重要的意义。

针对现有滤波方法无法克服CCD光斑信号的噪声去除和特征保持之间的矛盾，由图像噪声引起的随机误差成为影响光斑定位精度主要因素的问题，提出了用属性距离加权平均(ADWA)方法对光斑图像进行滤波处理的方案。根据含噪信号的属性分离信号和噪声，通过增加属性的方式来进一步缓解噪声去除与信号特征保持之间的矛盾。实验结果表明，在基于位置、幅值的二元属性距离加权平均(2-ADWA/LV)的基础上，引入“梯度”属性构成3-ADWA/LVG后对光斑信号进行滤波处理，能将光斑定位精度提高20%以上，使定位结果标准差减小到0.024 pixel。实验表明，用ADWA对光斑信号滤波，可通过挖掘和引入新的属性来进一步去除光斑信号噪声同时增强信号特征保持效果，从而为提高光斑的亚像素定位精度提供一条有效途径。

惯性约束核聚变 (ICF)实验中，靶定位精度直接影响打靶的成功率。本文利用三个 CCD从不同的视角得到靶的图像，综合三个 CCD的特征值计算靶的空间坐标和方位旋转矩阵，从而确定其在空间的六维位姿。对于特征值的提取，本文采用 “模板匹配 ”和“椭圆轮廓拟合 ”相结合的数据融合图像处理技术，并利用双立方插值法实现了亚像素的测量精度，从而使微型靶的定位精度达到了微米级。实验结果表明，该检测方法稳定性好，定位的重复性误差小于 1 μm且获得了优于 2 μm的测量精度。

以DSP平台圆目标定位为研究对象，提出了连续阈值质心算法，利用算术平均原理对普通质心法进行了改进。结果表明，该算法减小了随机误差和系统误差。存在噪声的情况下，其定位精度能达到0.02~0.05 pixels，同等情况下与普通质心法相比较，精度提高了4~10倍，抗噪声能力更强，而计算量却没有增加，能够用于DSP平台的圆目标快速精确定位。

介绍了基于计算机控制的频闪显微干涉测量技术，实现了对MEMS微变形镜的表面形貌、离面变形、静态电压-位移曲线和谐振频率的测量。采用频闪成像、计算机微视觉技术以及基于最小二乘曲面拟合法的亚像素定位技术实现了对平面内微位移的测量；利用频闪成像以及5步相移干涉技术实现了对干涉相位的提取，建立了适合于MEMS微变形镜特性测试的相位解缠算法，恢复了代表被测物体表面形貌的真实相位，实现了微变形镜静动态特性的测试。测试结果表明: 频闪显微相移干涉测量技术具有测量速度快、精度高、易实现自动控制等特点。

为了提高相关函数拟合极值法在二维位相板衍射光斑亚像素定位中的计算效率，对相关函数拟合极值法中的模板大小、拟合窗口大小及相关函数3种影响因素进行了分析。分析过程以仿真图像检验法为理论基础，即用数学仿真图像验证算法和程序的可靠性和精度。分析结果表明，3种影响因素均对计算效率产生较大影响，整像素搜索时模板和拟合窗口大小的选取对定位精度影响最大。同理，对二维位相板衍射光斑亚像素定位实验中的搜索模板和拟合窗口大小进行了优化设计，最佳模板大小为51 pixel×51 pixel，最佳拟合窗口大小为3 pixel×3 pixel，与选用恰好包含整个衍射光斑时的模板(131 pixel×131 pixel)相比，整个定位过程的计算时间缩短了40%，在不损失定位精度的同时有效提高了计算效率。

通过模拟实际光学成像过程以及CCD采样过程,生成了标准图像,实现对亚像素定位算法的客观评价,并提出了一种新的基于灰度面积插值的亚像素定位方法。经实验验证,该方法对直线边缘的平均定位精度达到0.11 pixel,对圆边缘点的平均定位精度可达0.24 pixel,优于梯度质心法和灰度矩法。